Đề thi học sinh giỏi lớp 9 môn Vật lý năm học 2009-2010 - Đề số 28 doc

Đề thi học sinh giỏi lớp 9 môn Vật lý năm học 2009-2010

Đề số 28

Câu 1: (4 điểm).
Xe 1 và 2 cùng chuyển động trên một đường tròn với vận tốc không đổi. Xe 1 đi
hết 1 vòng hết 10 phút, xe 2 đi một vòng hết 50 phút. Hỏi khi xe 2 đi 1 vòng thì gặp xe 1
mấy lần. Hãy tính trong từng trường hợp.
a. 2 xe khởi hành trên cùng 1 điểm trên đường tròn và đi cùng chiều.
b. 2 xe khởi hành trên cùng 1 điểm trên đường tròn và đi ngược chiều nhau.
Câu 2: (6 điểm).
Câu 3: (6 điểm).
1. Chiếu 1 tia sáng hẹp vào 1 gương phẳng, nếu cho gương quay đi 1 góc  quanh
1 trục bất kỳ nằm trên mặt gương thì tia phản xạ sẽ quay đi 1 góc bao nhiêu theo chiều
nào?
2. Cho thấu kính hội tụ có tiêu cự 10 cm, phải đặt vật AB ở đâu để thu được ảnh
A
’
B
’
lớn gấp 2 lần vật.
Câu 4: (4 đ).
1. Một thỏi hợp kim chì, kẽm có khối lượng 500g ở 120
0
C được thả vào 1 nhiệt
lượng kế có khối lượng 1 kg có nhiệt dung riêng 300
J
kgK
chứa 1 kg nước ở 20
0
C. Nhiệt

độ khi cân bằng là 22
0
C.Tìm khối lượng chì, kẽm trong hợp kim biết rằng nhiệt dung
riêng của chì, kẽm, nước lần lượt là: 130
kgK
J
; 400
kgK
J
; 4200
kgK
J
.
2. Giải thích các hiện tượng sau:
a. Trong những ngày rét sờ vào kim loại thấy lạnh.
b. Khi đun nước bằng ấm nhôm và bằng ấm đất trên cùng 1 bếp lửa thì nước trong
ấm nhôm nhanh sôi hơn.
Đáp án
Câu 1: (4 đ)
Gọi vận tốc của xe 2 là v  vận tốc của xe 1 là 5v 0,25 đ
Gọi t là thời gian tính từ lúc khởi hành đến lúc 2 xe gặp nhau.
 (C < t

50) C là chu vi của đường tròn
a. Khi 2 xe đi cùng chiều.
Quảng đường xe 1 đi được: S
1
= 5v.t 0,25 đ
Quảng đường xe 2 đi được: S
2

= v.t 0,25 đ
Ta có: S
1
= S
2
+ n.C
Với C = 50v; n là lần gặp nhau thứ n 0,5đ
 5v.t = v.t + 50v.n  5t = t + 50n  4t = 50n  t =
4
50n
0,5 đ
Vì c < t

50  0 <
4
50n


50  0 <
4
n


1
0,25 đ
 n = 1, 2, 3, 4.
Vậy 2 xe sẽ gặp nhau 4 lần 0,25 đ
b. Khi 2 xe đi ngược chiều.
Ta có: S
1

+ S
2
= m.C (m là lần gặp nhau thứ m, m N
*
) 0,25 đ
 5v.t + v.t = m.50v 0,25 đ
 5t + t = 50m  6t = 50m  t =
6
50
m 0,5 đ
Vì 0 < t

50  0 <
6
50
m

50
0,25 đ
 0 <
6
m


1  m = 1, 2, 3, 4, 5, 6 0,25 đ
Vậy 2 xe đi ngược chiều sẽ gặp nhau 6 lần.
Câu 2: (6 điểm).
Sơ đồ mạch R nt (R
đ
// R

2
).
Từ CT: P =
R
u
2
 R
đ
=
P
u
2
=
3
6
2
= 12(

) 0,25 đ
 I
đ
=
u
P
=
6
3
= 0,5 (A)
a. Để đèn sáng bình thường  u
đ

= 6v, I
đ
= 0,5(A).
Vì R
đ
// R
2
 R
AB
=
2
2
12
.12
R
R

; u
AB
= u
đ
= 6v. 0,25 đ
 u
MA
= u
MN
– u
AN
= 10 – 6 = 4v. 0,25 đ
Vì R nt (R

đ
// R
2
) 
AN
MA
R
R
=
AN
MA
u
u
=
6
4
=
3
2
 3R
MA
= 2R
AN.
0,25 đ

2
2
12
.12.2
R

R

= 3.4  2.R
2
= 12 + R
2
 R
2
= 12

0,5 đ
Vậy để đèn sáng bình thường R
2
= 12

0,25 đ
b. Vì R
đ
// R
2
 R
2đ
=
2
2
12
.12
R
R


 R
tđ
= 4 +
2
2
12
12
R
R

=
2
2
12
1648
R
R


0,25 đ
áp dụng định luật Ôm: I =
td
MN
R
u
=
2
2
1648
)12(10

R
R


. 0,25 đ
Vì R nt R
2đ
 I
R
= I
2đ
= I =
2
2
1648
)12(10
R
R


. 0,25 đ
 u
2đ
= I.R
2đ
=
2
2
1648
120

R
R

.
áp dụng công thức: P =
R
u
2
 P
2
=
2
2
2
R
u
=
2
2
2
2
2
.)1648(
).120(
RR
R

=
2
2

2
2
)1648(
.120
R
R

0,25 đ
Chia cả 2 vế cho R
2
 P
2
=
16.48.216
48
120
2
2
2
2
2
 R
R


Để P
2 max










 16.48.216
48
2
2
2
2
R
R
đạt giá trị nhỏ nhất










2
2
2
2
.16

48
R
R
đạt giá trị nhỏ nhất
áp dụng bất đẳng thức Côsi ta có:

2
2
48
R
+ 16
2
.R
2


2.
2
2
2
2
16.
48
R
R
= 2.48.16
 P
2 Max
=
16

.
48
.
4
120
2
= 4,6875 (W). 0,25 đ
Đạt được khi:
2
2
48
R
= 16
2
.R
2
 R
2
2
=
2
2
16
48
= 3
2
 R
2
= 3


Vậy khi R
2
= 3 thì công suất tiêu thụ trên R
2
là đạt giá trị cực đại. 0,25 đ
c. Gọi điện trở đoạn mạch song song là x  R
AB
= x 0,25 đ
 R
tđ
= x + 4  I =
x

4
10
0,25 đ
 P
AB
= I
2
.R
AB
=
 
2
2
4
10
x

.x =
2
2
8
16
.10
x
x
x

=
x
x
16
8
10
2


0,25 đ
Để P
AB
đạt giá trị lớn nhất 








x
x
16
8 đạt giá trị nhỏ nhất
áp dụng bất đẳng thức Côsi: x +
x
16


2. 16 = 2.4 = 8 0,25 đ P
AB Max
=
16
10
2
=
16
100
= 6,25 W
Đạt được khi: x =
x
16
 x
2
= 16  x = 40,25 đ
Mà R
2
// R
đ


x
1
=
2
1
R
+
d
R
1

2
1
R
=
x
1
-
d
R
1
=
4
1
-
12
1
=
6
1

0,5 đ R
2
= 6

.
Vậy khi R
2
= 6

thì công suất tiêu thụ trên đoạn mạch song song đạt cực đại. (0,25
đ)
Câu 3: (6 điểm).
1. (3 điểm)
Ta có như hình vẽ:
Khi gương quay đi 1 góc  theo chiều kim đồng hồ.
N
1
PN
2
= .
Xét IKJ có: 2i
1
+ 180
0
– 2i
2
+  = 180
0

  = -(2i

1
– 2i
2
) = 2(i
2
- i
1
) (1)
Xét  IPJ có: i
1
+  + 180
0
– i
2
= 180
0

 180
0
+  - (i
1
– i
2
) = 180
0

0,25 đ
N
1
N

2
M
1
i
1
i
1
'
P
K
J
R
'
S
I
i
2
'
O
M
2
i
2
'
P
R

1 đ
  = (i
1

– i
2
) = i
2
- i
1
(2)
Thay (2) vào (1)   = 2(i
2
– i
1
) = 2
Vậy khi gương quay đi 1 góc  thì tia phản xạ quay đi 1
góc 2 cùng chiều quay của gương.
2. (3 điểm).
Vì thấu kính đã cho là thấu kính hội tụ,
ảnh lớn gấp 2 lần vật, có 2 trường hợp xảy ra:
ảnh ảo
a. ảnh thật ảnh thật 0,25 đ
Gọi khoảng cách từ AB đến thấu kính là d
A
’
B
’
đến thấu kính là d
’

Tiêu cự f.
Xét ABO và A
’

B
’
O có các góc O
1
= O
2
;
OAB = OA
’
B
’
= 90
0

 ABO ~ A
’
B
’
O

AO
OA
'
=
AB
BA
''
= 2 
d
d

'
= 2
 d
’
= 2.d (1) 0,5 đ
Xét IOF
’
và B
’
A
’
F
’
có: F
’
1
= F
’
2;
IOF
’
= B
’
A
’
F
’
= 90
0
 IOF

’
~ B
’
A
’
F
’



IO
BA
''
=
'
'
'
OF
AF
= 2 (vì IO = AB) 0,5 đ

f
fd 
'
= 2  d
’
– f = 2f  d
’
= 3f (2)
Thay (2) vào (1):

 d
’
= 2d  d =
2
'
d
=
2
3 f
=
2
10.3
= 15 (cm).
Vậy đặt vật cáh thấu kính 1 đoạn 15 cm thì thu được ảnh thật lớn gấp 2 lần vật.
b. ảnh ảo.
Xét  A
’
B
’
O và ABO có O chung
OA
’
B
’
= OAB = 90
0

 A
’
B

’
O ~ ABO

AB
BA
''
=
OA
OA
'
= 2 
d
d
'
= 2 (1
’
)

Xét F
’
IO và F
’
A
’
B
’
có F
’
chung; B
’

A
’
F
’
= IOF
’
= 90
0
 F
’
IO ~ F
’
A
’
B
’

IO
BA
''
=
'
'
OF
AF
= 2 
f
fd 
'
= 2  d

’
+ f = 2f  d
’
= f. (2
’
) 0,5 đ
Thay (2
’
) vào (1
’
) ta được:
d =
2
'
d
=
2
f
=
2
10
= 5 cm.
Vậy khi đặt vật AB cách thấu kính 1 đoạn 5 cm thì cho ta ảnh ảo lớn gấp 2 lần vật.
Câu 4: (4 điểm).
1 đ
A
B
A
'
B

'
O
F
'
I
F
1
1
1
2

F
'
A
'
B
'
B
I
O
A
F

0,25 đ
0,25 đ
1. (3 đ).
Gọi khối lượng của chì, kẽm trong thỏi hợp kim là m
1
, m
2

 m
1
+ m
2
= 0,5 (1)
0,25 đ
áp dụng công thức: Q = m.c.
t

0,25 đ
Nhiệt lượng do thỏi hợp kim toả ra là:
Q
TR
= (m
1
.c
1
+ m
2
.c
2
).(120 – 22) 0,5 đ
Nhiệt lượng do nước và nhiệt lượng kế thu vào là:
Q
TV
= (m
3
.c
3

+ m
4
.c
4
).(22
0
– 20
0
). 0,5 đ
áp dụng PT CBN: Q
TR
= Q
TV.
0,25 đ
 (m
1
.130 + 400.m
2
)98 = (1.4200 + 1.300).2
 (13m
1
+ 40m
2
)980 = 4500.2
 13m
1
+ 40m
2
=
98

900
(2)
0,5 đ
Giải (1) và (2)  m
1
= 0,4 kg; m
2
= 0,1 kg. 0,5 đ
Vậy khối lượng của miếng chì, kẽm, là 0,4 kg và 0,1 kg. 0,25 đ
2a. Trong những ngày rét sờ vào kim loại thấy lạnh vì: Kim loại là chất dẫn điện tốt,
những ngày trời lạnh nhiệt độ bên ngoài thấp hơn nhiệt độ của cơ thể, nên khi sờ vào kim
loại, nhiệt truyền từ cơ thể sang kim loại và bi phân tán nhanh nên làm cho cơ thể ta có
cảm giác bị lạnh đi một cách nhanh chóng. 0,5 đ
2b. Khi đun nước bằng ấm nhôm và bằng ấm đất trên cùng một bếp lửa thì nước trong
ấm nhôm dẫn nhiệt tốt hơn ấm đất nên truyền nhiệt nhanh hơn, nên ấm nhôm nhanh sôi
hơn ấm đấ 0,5 đ